Фамилия Катарленко построена по распространённой украинской модели с суффиксом -енко, который изначально означал «сын» или «потомок». В основе лежит прозвище Катарля. Самая прямая версия связывает его с нарицательным «катар» — так раньше называли насморк или простудное заболевание. Если это так, прозвище мог получить человек, который часто простужался или болел, — и это закрепилось за ним как бытовое имя. В народе такие «медицинские» прозвища давали без злого умысла, по характерной примете.

Есть и другая, менее очевидная версия: имя Катарлы могло быть фонетическим вариантом тюркского имени Хатарлы. В переводе с древнетюркского оно означает «опасный». В этом случае прозвище могло попасть в русскую или украинскую среду через контакты с тюркскими народами, а потом изменилось под влиянием местного произношения. Какая из двух версий правдоподобнее — сказать сложно: обе имеют право на существование, но первая («от болезни») кажется более бытовой и естественной для прозвища в крестьянской среде.

В любом случае, исходное прозвище Катарля закрепилось за человеком как основное обиходное именование, а его дети и внуки стали носить фамилию Катарленко — то есть «сын Катарли». Со временем суффикс -енко перестал осознаваться как указание на родство и превратился в фамильный маркер, который особенно типичен для центральных и восточных регионов Украины.